DE4029314A1

DE4029314A1 - Verfahren und vorrichtung zur aufarbeitung von rohem 1,2-dichlorethan unter nutzung der direktchlorierungsenthalpie

Info

Publication number: DE4029314A1
Application number: DE4029314A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Chem Dr Rechmeier
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1990-09-15
Filing date: 1990-09-15
Publication date: 1992-03-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von rohem 1,2-Dichlorethan, wie es bei der Oxichlorierung und nach der 1,2-Dichlorethanspaltung anfällt, unter Nutzung der Direktchlorierungsenthalpie, welche bei der Anlagerung von Chlor an Ethylen frei wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Hauptmenge des in der Technik hergestellten 1,2-Di chlorethans wird zur Vinylchlorid-Herstellung weiterverar beitet. In der Technik ist folgender Verbund gebräuchlich:

1) C₂H₄ + Cl₂ → ClCH₂ - CH₂Cl (Direktchlorierung)
2) ClCH₂ - CH₂Cl → H₂C = CHCl + HCl (1,2-Dichlorethanspaltung)
3) C₂H₄ + 2 HCl + ½ O₂ → ClCH₂ - CH₂Cl + H₂O (Oxichlorierung)

Die Direktchlorierung, Reaktionsgleichung 1, ist beispiels weise in der EP-01 11 203 B1 (US-A-47 74 373) vorbeschrie ben. Bei der Verwendung von wasserfreiem Tetrachloroferrat (1-), dessen Kation ein Alkali-, Erdalkalimetall- oder ein Ammoniumion ist, als speziellen Katalysator kann die Di rektchlorierung in Stahlapparaturen durchgeführt werden, da nur eine unbedeutende Oberflächenkorrosion eintritt.

Die 1,2-Dichlorethan-Spaltung, Reaktionsgleichung 2, ist beispielsweise in der DE-PS 12 50 426 (US-A-34 94 493) vor beschrieben.

Die Direktchlorierung wird in technisch aufwendigen Ver fahren, beispielsweise im großen Schlaufenreaktor mit Nach reaktor, durchgeführt. Im Schlaufenreaktor ist zur Feinver teilung des Chlors und Ethylens eine mit Füllkörpern be schickte Mischzone angeordnet; vergl. EP-00 80 098 B1 (CA-A-12 21 708). Die Reaktionszeit ist mit 1 bis 15 Stun den angegeben.

Es bestand somit die Aufgabe, die bekannten Arbeitsweisen und die Vorrichtung zur Herstellung von reinem 1,2-Dichlor ethan in der Direktchlorierung in dem Maße zu verändern, daß die Bildung der gesamten chlorierten Nebenprodukte im 1,2-Dichlorethan, welches in der Direktchlorierung herge stellt wird, unter einem Wert von 500 ppm liegt, und dieses 1,2-Dichlorethan ohne einen weiteren Reinigungsschritt di rekt in die 1,2-Dichlorethanspaltung eingesetzt werden kann, die Installation großer Reaktoren entfallen kann und die Reaktionsenthalpie der Direktchlorierung zur Destilla tion derjenigen 1,2-Dichlorethanströme zu nutzen, die so wohl bei der 1,2-Dichlorethanspaltung als auch bei der Oxi chlorierung anfallen.

Im einzelnen betrifft die Erfindung nunmehr ein Verfahren zur Aufarbeitung von rohem 1,2-Dichlorethan, wie es bei der Oxichlorierung und nach der 1,2-Dichlorethanspaltung an fällt, unter Nutzung der Direktchlorierungsenthalpie, welche bei der Anlagerung von Chlor an Ethylen frei wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man Ethylen und Chlor in äquimolaren Mengen unterhalb eines Reaktors in einen 1,2-Dichlorethankreislauf einspeist und die hierbei freigesetzte Reaktionsenthalpie im Reaktor zur Verdampfung von rohem 1,2-Dichlorethan nutzt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann weiterhin wahlweise auch noch dadurch ausgestaltet sein, daß man

a) den 1,2-Dichlorethankreislauf unter einem Druck von 2 bis 5 bar betreibt;
b) die Aufarbeitung des rohen 1,2-Dichlorethans unter Nor maldruck in einer Destillationskolonne betreibt;
c) als Katalysator 0,1 bis 0,5 Gew.-% NaFeCl₄ im 1,2-Di chlorethankreislauf löst;
d) die Destillationskolonne zur 1,2-Dichlorethan-Aufarbei tung über einen zusätzlichen Wärmeaustauscher mit Dampf regelt;
e) aus dem 1,2-Dichlorethankreislauf das gebildete 1,2-Di chlorethan gasförmig entnimmt und ohne Reinigung der 1,2-Dichlorethanspaltung zuführt.

Weiter wird eine Vorrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens angegeben, welche gekennzeichnet ist durch einen 1,2-Dichlorethankreislauf, der aus einer Umwälzpumpe 3, einer Druckleitung 11, in welche die Chlor einleitung 9 und Ethyleneinleitung 10 münden, einem Reaktor 1, einer Leitung 13 mit Druckhaltung 20, einem Entspan nungsverdampfer 2 mit Verbindungsrohr 14 zu einem Kondensa tor 15 sowie einer Saugleitung 12 aufgebaut ist, und eine Destillationskolonne 4, die über den Reaktor 1, getrennt durch im Reaktor 1 angeordnete Wärmeaustauscherflächen, mit dem 1,2-Dichlorethankreislauf verbunden ist.

Diese Vorrichtung kann wahlweise auch noch dadurch ausge staltet sein, daß

f) an der Destillationskolonne 4 ein Wärmeaustauscher 8 angeordnet ist, welcher mit Dampf beaufschlagt wird;
g) die Chloreinleitung 9 innerhalb der Druckleitung 11 als Düse ausgebildet ist;
h) im unteren Teil des Reaktors 1 ein Leitapparat 7 ange ordnet ist;
i) die Ethyleneinleitung 10 unterhalb eines "Statischen Mischers" 25 in der Druckleitung 11 unterhalb des Leitapparates 7 angeordnet ist;
j) der Reaktor 1 ein Röhrenwärmeaustauscher ist und jede Röhre als "Statischer Mischer" ausgebildet ist, wobei in der Röhre die 1,2-Direktchlorierungsreaktion stattfindet und um die Röhre das Sumpfprodukt der Kolonne 4 fließt.

Zur gleichmäßigen Beaufschlagung der einzelnen "Statischen Mischer" mit dem 1,2-Dichlorethan-Ethylengas-Gemisch ist im Reaktor 1 unterhalb der "Statischen Mischer" ein Leitappa rat 7 angeordnet.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung im Aus führungsbeispiel näher erläutert:
Im 1,2-Dichlorethankreislauf strömen 250 m³/h 1,2-Dichlor ethan, welches 0,3 Gew.-% gelöstes NaFeCl₄ enthält, aus dem Entspannungsverdampfer 2 durch die Saugleitung 12 über die Umwälzpumpe 3 in die Druckleitung 11. Über die Chloreinlei tung 9 werden 3545 kg/h Cl₂ und über die Ethyleneinlei tung 10 1402 kg/h C₂H₄ in einen "Statischen Mischer" 25, der unmittelbar unter dem Leitapparat 7 angeordnet ist, in die Druckleitung 11 dosiert. Dieser 1,2-Dichlorethanstrom fließt durch den Leitapparat 7 in die Röhren des Reaktors 1, der als Röhrenwärmeaustauscher ausgebildet ist, sowie durch die Leitung 13 in den Entspannungsverdampfer 2. Mit tels der Druckhaltung 20 wird im 1,2-Dichlorethankreislauf ein Druck von 3,5 bar und eine Temperatur von 130°C, ge messen vor der Druckhaltung 20, gehalten. Aus dem Entspan nungsverdampfer 2 wird durch das Verbindungsrohr 14 dem Kondensator 15 gasförmiges 1,2-Dichlorethan zugeführt und nach der Kondensation, ohne eine weitere Reinigung, durch die Ablaufleitung 16 in den Reindichlorethan-Vorrat 6 abge lassen. Nicht kondensierbare Gase werden aus dem Kondensa tor 15 über das Abgasrohr 23 ausgeschleust. Die im Reak tor 1 freigesetzte Reaktionsenthalpie wird am Außenmantel der Wärmeaustauscherrohre des Reaktors 1 an das Sumpfpro dukt der Destillationskolonne 4 abgeführt. Die drucklos be triebene Destillationskolonne 4 hat eine Sumpftemperatur von 95°C und eine Kopftemperatur von 95°C. Über die Roh dichlorethaneinleitung 24 werden 13,2 m³/h rohes 1,2-Di chlorethan aus der Oxichlorierung und 1,2-Dichlorethanspal tung in die Destillationskolonne 4 eingespeist. Die Kolonne 4 wird über die Rücklaufleitung 18 mit einem Rücklauf verhältnis von 1 : 0,5 betrieben. Das gereinigte 1,2-Di chlorethan strömt gasförmig vom Kolonnenkopf durch die Brü denleitung 17 in den Kondensator 5. Das gereinigte und kon densierte 1,2-Dichlorethan fließt durch die Produktleitung 19 in den Reindichlorethan-Vorrat 6. Nicht kondensierbare Gase werden durch das Abgasrohr 22 aus dem Kondensator 5 ausgeschleust. Die Spitzenregelung der Kolonne 4 wird mit 100 bis 200 kg/h Dampf über den Wärmeaustauscher B durchge führt. Der Sumpf der Destillationskolonne 4 wird über die Rückstandsleitung 21 ausgeschleust.

Im Beispiel genutzter spezieller Reaktor

Der Reaktor enthielt 80 Wärmeaustauscherrohre mit einer Länge von 3 m und einem Durchmesser von 100 mm. Diese Rohre waren mit Mischelementen bestückt, wie sie in "Chemie-In genieur-Technik" 52 (1980) Nr. 4, Seiten 285 bis 291, in Abb. 1g dargestellt sind.

Im Reaktorsumpf war der Leitapparat 7 angeordnet.

Der trichterförmige Leitapparat 7 bestand aus radialen Leitblechen, die in Einzelsegmente unterteilt waren. Der Abstand der trichterförmig gebogenen Leitbleche untereinan der betrug 100 mm.

Statischer Mischer vor dem Reaktor

Der "Statische Mischer" 25 hatte einen lichten Durchmesser von 200 mm, eine Höhe von 250 mm und war mit Mischelementen bestückt, wie sie in "Chemie-Ingenieur-Technik" 52 (1980) Nr. 4, Seiten 285 bis 291, in Abb. 1g dargestellt sind.

Claims

1. Verfahren zur Aufarbeitung von rohem 1,2-Dichlorethan, wie es bei der Oxichlorierung und nach der 1,2-Dichlor ethanspaltung anfällt, unter Nutzung der Direktchlorie rungsenthalpie, welche bei der Anlagerung von Chlor an Ethylen frei wird, dadurch gekennzeichnet, daß man Ethy len und Chlor in äquimolaren Mengen unterhalb eines Re aktors in einen 1,2-Dichlorethankreislauf einspeist und die hierbei freigesetzte Reaktionsenthalpie im Reaktor zur Verdampfung von rohem 1,2-Dichlorethan nutzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den 1,2-Dichlorethankreislauf unter einem Druck von 2 bis 5 bar betreibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aufarbeitung des rohen 1,2-Dichlorethans unter Normaldruck in einer Destillationskolonne vornimmt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß man als Katalysator 0,1 bis 0,5 Gew.-% NaFeCl₄ im 1,2-Dichlorethankreislauf löst.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß man die Destillationskolonne zur 1,2- Dichlorethanaufarbeitung über einen zusätzlichen Wärme austauscher mit Dampf regelt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß man aus dem 1,2-Dichlorethankreislauf das gebildete 1,2-Dichlorethan gasförmig entnimmt und ohne Reinigung der 1,2-Dichlorethanspaltung zuführt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen 1,2-Dichlorethankreislauf, der aus einer Umwälzpumpe (3), einer Druckleitung (11), in welche die Chloreinlei tung (9) und Ethyleneinleitung (10) münden, einem Reak tor (1), einer Leitung (13) mit Druckhaltung (20), einem Entspannungsverdampfer (2) mit Verbindungsrohr (14) zu einem Kondensator (15) sowie einer Saugleitung (12) aufgebaut ist, und eine Destillationskolonne (4), die über den Reaktor (1), getrennt durch im Reaktor (1) an geordnete Wärmeaustauscherflächen, mit dem 1,2-Dichlor ethankreislauf verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Destillationskolonne (4) ein Wärmeaustauscher (8) angeordnet ist, welcher mit Dampf beaufschlagt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Chloreinleitung (9) innerhalb der Druckleitung (11) als Düse ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Sumpf des Reaktors (1) ein Leitapparat (7) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ethyleneinleitung (10) unterhalb eines "Statischen Mischers" (25) in der Druckleitung (11) unterhalb des Leitapparates (7) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) ein Röhrenwärmeaustauscher ist und jede Röhre als "Statischer Mischer" ausgebildet ist, wobei in der Röhre die 1,2-Direktchlorierungsreaktion stattfindet und um die Röhre das Sumpfprodukt der Kolonne (4) fließt.